January 30,  2001

The Laboratory of Virology at Wageningen University, the Institute of Virology in Wuhan, China, and the Greenomics™ group at Plant Research International have published the entire genetic code of a Chinese insect virus - a baculovirus of the cotton caterpillar (HaSNPV) - in January’s edition of the renowned ‘Journal of General Virology’. The article draws attention to an extraordinary genetic phenomenon: the virus shows a considerable amount of variation in approximately a hundred different places in the DNA sequence.

The HaSNPV virus is of major importance to the biological control of caterpillars in the cotton cultivating industry. At the moment the caterpillars are often destroyed with chemical pesticides to prevent the crop being almost entirely lost. Yet 100,000 hectares of cotton are already being treated with the virus each year and there is a growing market for this environmentally friendly method of pest control. The organic method ensures the safety of the crops as well as allowing far more useful insects to thrive among the plants than in the chemically treated crops. The Dutch and Chinese partners hope that their findings on the genetic code of the virus will enable farmers to use the virus with even greater success than before. Cotton plant growers in Middle China have been successfully using the HaSNPV virus to protect their crops from cotton caterpillars (Helicoverpa armigera) for more than 20 years.

Bollworm Helicoverpoa armigera cutting into a cotton boll (source: Wageningen University, laboratory of Virology)

In China the viruses are produced ‘in vivo’: the cotton caterpillars are infected with the virus, which then multiplies itself inside the caterpillar until its body is practically filled with viruses. The caterpillar dies and is then used for making the virus suspensions. About a hundred billion virus particles are required for treating 1 hectare of cotton, and each caterpillar produces about two billion. Because the virus is produced in an organic way there is natural genetic variation in the virus isolates. Chinese cotton cultivators use the virus as soon as they detect any (traces of the) caterpillars.
Unfortunately the present-day viruses are not yet effective in combating larger caterpillars.

The University of Wageningen has been cooperating with the Institute for Virology of the Chinese
Academy of Science in Wuhan in its research on the interaction between the cotton caterpillar and the HaSPNV virus since 1992. The Royal Dutch Academy of Sciences (the KNAW) and the University of Wageningen are the Dutch sponsors of this research project. One of the main questions being asked is whether it is possible to select variants of the virus that would be able to kill bigger caterpillars. In 1999, Plant Research International invested considerable sums of money into DNA-sequencing facilities. The Greenomics™ group of Plant Research International is capable of analysing 1,500,000 DNA building blocks every day. Plant Research International is one of the central organisations in the Strategic Plan of Action for Agrofood Genomics; a plan set to make the Netherlands a forerunner in a technology that is seen as crucial across the globe.

Due to the enormous capacity for DNA-sequencing at the Greenomics™ facility, the Sino-Dutch research team became interested in approaching the problem of the interaction between the HaSPNV virus and the cotton caterpillar in terms of the genetic make-up of the virus. This genetic approach is all the more relevant for the University of Wageningen because it is also conducting a study on the evolution of baculoviruses.

One of the targets of the follow-up research will be to clarify the functions of the genes that were found. The next step will be to use these functions to develop viruses that are even more effective in combating cotton caterpillars, not only in the interest of cotton growers but also to benefit cultivators of other tropical food crops such as peppers, tomatoes and chicory. By further comparing the newly found genes with other previously identified genes, either from the same type of virus or a different one, the research team will be able to gain greater insight into the evolution of the viruses.

The Sino-Dutch team had previously shown that there were at least 30 genetic variants of the virus already in use in China. Only one type was chosen for complete DNA analysis. The Greenomics™ group came to the conclusion that there is evidence of considerable genetic variation within this one type. In approximately 100 places in the DNA sequence the type of building block was inconsistent. What at first appeared to be a mistake in the analysis turned out to be proof of the existence of locations with a noticeably big genetic variation and a possible explanation for the evolutionary plasticity of bavuloviruses.

Details of the publication
Chen, X., W.F.J. IJkel, R. Tarchini, X. Sun, H. Sandbrink, H. Wang, S.Peters, D. Zuidema, R.
Kleinlankhorst, J.M. Vlak and Z. Hu. 2001. The sequence of the Helicoverpa armigera single
nucleocapsid nucleopolyhedrovirus genome. Journal of General Virology 82: 241-257.

See also: http://vir.sgmjournals.org/cgi/content/abstract/82/1/241 

For more information: 

Plant Research International
Erik Toussaint, head of external communication
E-mail: info@plant.wag-ur.nl 
Phone: (0317) 47 70 17 , private (0317) 41 68 84 
mobile 06 51 56 59 49 

Wageningen University, Laboratory of Virology
Prof. Dr. Just Vlak
E-mail: just.vlak@viro.dpw.wau.nl 
Phone: 0317 48 30 89

Wuhan Institute of Virology, Chinese Academy of Sciences
Prof.Dr. Hu Zhihong
e-mail: huzh@pentium.whiov.ac.cn 
Phone: 86-27-87881641

Wageningen UR ontrafelt de genetische code van belangrijk Chinees virus

Het Laboratorium voor Virologie van Wageningen Universiteit, het Instituut voor Virologie in Wuhan, China, en de Greenomics™-groep van Plant Research International publiceren in het januarinummer van het gezaghebbende tijdschrift ‘Journal of General Virology’ de volledige genetische code van een chinees insectenvirus: een baculovirus van de katoenrups (HaSNPV). De groep publiceert daarbij als opvallend genetisch fenomeen dat het virus op circa honderd plaatsen in het DNA bijzonder veel variatie vertoont. 

Het HaSNPV-virus is in China van groot belang voor de biologische bestrijding van rupsen in de katoenteelt. Zonder bestrijding van de rupsen, nu veelal met chemische bestrijdingsmiddelen, zou de oogst grotendeels verloren gaan. Jaarlijks wordt nu al 100.000 hectare katoen met het virus behandeld. De markt voor deze milieuvriendelijke bestrijdingswijze neemt sterk toe. Door de biologische manier van bestrijden wordt niet alleen de opbrengst veilig gesteld, maar komen er ook veel meer nuttige insecten in de gewassen voor dan in percelen die chemisch beschermd worden. De Nederlandse en Chinese partners hopen dankzij de kennis over de genetische code van het virus de toepassing van het virus verder te kunnen verbeteren. 

Katoentelers in Midden China gebruiken het HaSNPV virus al meer dan 20 jaar met succes voor de bestrijding van katoenrupsen (Helicoverpa armigera). De virussen worden in China 'in vivo' geproduceerd. Dat betekent dat katoenrupsen geïnfecteerd worden met het virus, waarna het virus zich vermeerdert tot de rups praktisch geheel gevuld raakt met virussen. De gestorven rupsen worden gebruikt voor het maken van virussuspensies. Voor de behandeling van 1 hectare katoen zijn ongeveer honderd miljard virusdeeltjes nodig. Iedere rups produceert ongeveer twee miljard virusdeeltjes. Omdat het virus op een natuurlijke manier geproduceerd wordt, komt er een natuurlijke genetische variatie voor in de virus-isolaten. De Chinese telers gebruiken het virus zodra ze de rupsen signaleren. Rupsen die te groot zijn kunnen helaas nog niet effectief met de huidige virussen bestreden worden.

Wageningen Universiteit werkt in haar onderzoek naar de interactie tussen de katoenrups en het
HaSNPV-virus al sinds 1992 samen met het Instituut voor Virologie van de Chinese Akademie van
Wetenschappen in Wuhan. De Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) en Wageningen Universiteit zijn de Nederlandse financiers van het onderzoek. Een van de vraagstellingen van het onderzoek is, of het mogelijk is om virusvarianten te selecteren die ook grotere rupsen kunnen doden. Plant Research International heeft in 1999 aanzienlijk geïnvesteerd in DNA-sequencing faciliteiten. De Greenomics™-groep van Plant Research International kan per dag 1.500.000 DNA-bouwstenen analyseren. Plant Research International is een van de centrale organisaties in het Strategisch Actieplan Agrofood Genomics. Dit plan beoogt Nederland een vooraanstaande positie te geven in deze technologie die wereldwijd als cruciaal wordt gezien.

Door de beschikbaarheid van de enorme DNA-sequencing capaciteit bij Greenomics™ werd het voor de Chinees/Nederlandse onderzoeksamenwerking interessant om het probleem de interactie tussen het HaSNPV virus en de katoenrups te benaderen vanuit de genetica van het virus. De genetica-insteek is voor Wageningen Universiteit extra interessant omdat de universiteit ook de evolutie van baculovirussen bestudeert.

De Chinees/Nederlandse onderzoekgroep publiceert nu, samen met de Greenomics™-groep alle 131.403  basen waaruit het DNA van het virus is opgebouwd. De gegevens zijn vrijelijk beschikbaar doordat ze zijn opgeslagen in een van de publiek toegankelijke DNA-databases: GenBank. In het DNA zijn 135 vermoedelijke genen gevonden. Deze stukken DNA zijn vergeleken met eerder gepubliceerde genen van andere baculovirussen. Van 20 vermoedelijke genen kon op basis van deze vergelijking geen waarschijnlijke functie voorspeld worden . Deze genen worden nu 
verder onderzocht.

Het vervolgonderzoek zal onder andere gericht zijn op het ophelderen van de functies van de gevonden genen, en het gebruik van deze functies voor het ontwikkelen van virussen die nog effectiever zijn voor de bestrijding van katoenrupsen, zowel voor de katoenteelt als voor de teelt van tropische voedingsgewassen zoals paprika, tomaat en cichorei. Door de verdere vergelijking van de gevonden genen met andere geïdentificeerde genen, al of niet binnen dezelfde virussoort, zal meer inzicht verkregen worden in de evolutie van de virussen.

De Chinees/Nederlandse samenwerking had eerder al aan het licht gebracht dat er in China gebruik wordt gemaakt van ten minste dertig genetische varianten van het virus. Voor de analyse van het volledige DNA kozen zij één type. De Greenomics™-groep kwam tot de conclusie dat er bínnen dit type sprake is van aanzienlijke genetische variatie. Op ongeveer 100 plaatsen in het DNA kwam nu eens de ene, en dan eens een andere DNA-bouwsteen voor. Wat in eerste instantie een fout in de analyse leek te zijn, bleek uiteindelijk het bewijs voor locaties met opvallend veel genetische variatie en wellicht een verklaring voor de evolutionaire plasticiteit van baculovirussen.

Details van de publicatie:
Chen, X., W.F.J. IJkel, R. Tarchini, X. Sun, H. Sandbrink, H. Wang, S. Peters, D. Zuidema, R.
Kleinlankhorst, J.M. Vlak and Z. Hu. 2001. The sequence of the Helicoverpa armigera single
nucleocapsid nucleopolyhedrovirus genome. Journal of General Virology 82: 241-257.

Zie ook: http://vir.sgmjournals.org/cgi/content/abstract/82/1/241 

Company news release
N3345